变压器的结构和工作原理

时间:2023-03-13作者:佚名

变压器的一般结构如图1所示,由闭合铁心和高压、低压绕组等几个主要部分构成。

变压器的结构和工作原理

图1 变压器的构造

(a) 心式(b) 壳式

图2所示的是变压器的原理图。为了便于分析,我们将高压绕组和低压绕组分别画在两边。与电源相连的称为一次绕组(旧称为初绕组、原绕组),与负载相连的称为二次绕组(旧称为次级绕组、副绕组)。一次、二次绕组的匝数分别为N1和N2

变压器的结构和工作原理

图2 变压器的原理图

当一次绕组接上交流电压变压器的结构和工作原理时,一次绕组中便有电流通过。一次绕组的磁通势变压器的结构和工作原理产生的磁通绝大部分通过铁心而闭合,从而在二次绕组中感应出电动势,如果二次绕组接有负载,那么二次绕组中就有电流变压器的结构和工作原理通过。二次绕组的磁通势变压器的结构和工作原理也产生磁通,其绝大部分也通过铁心而闭合。因此铁心中的磁通是一个由一次、二次绕组的磁通势共同产生的合成磁通,它称为主磁通,用Φ表示。主磁通穿过一次绕组和二次绕组而在其中感应出的电动势分别为变压器的结构和工作原理变压器的结构和工作原理。此外,一次、二次绕组的磁通势还分别产生漏磁通变压器的结构和工作原理变压器的结构和工作原理(仅与本绕组相链),从而在各自的绕组中分别产生漏磁通电动势变压器的结构和工作原理

上述的电磁关系可表示如下:

变压器的结构和工作原理

下面分别讨论变压器的电压变换、电流变换及阻抗变换。

(1) 电压变换

由基尔霍夫电压定律,对一次绕组电路可列出与交流铁心线圈电路相同的电压方程

变压器的结构和工作原理

也由于电阻压降和漏磁电动势较小,与主磁电动势比较起来,可以忽略不计。于是

变压器的结构和工作原理变压器的结构和工作原理

根据,变压器的结构和工作原理的有效值为

变压器的结构和工作原理   (1)

同理,对二次绕组电路可列出

变压器的结构和工作原理

感应电动势变压器的结构和工作原理的有效值为

变压器的结构和工作原理   (2)

在变压器空载时

变压器的结构和工作原理

式中是变压器的结构和工作原理空载时二次绕组的端电压。

一次、二次绕组的电压之比为

变压器的结构和工作原理   (3)

式中,K称为变压器的变比,亦即一次、二次绕组的匝数之比。可见,当电源电压变压器的结构和工作原理一定时,只要改变匝数比,就可得出不同的输出电压变压器的结构和工作原理

变比在变压器的铭牌上注明,它表示一次、二次绕组的额定电压之比,例如“6000/400 V”(K=15)。这表示一次绕组的额定电压(即一次绕组上应加的电源电压)变压器的结构和工作原理,二次绕组的额定电压变压器的结构和工作原理。所谓二次绕组的额定电压是指一次绕组加上额定电压时二次绕组的空载电压。由于变压器有内阻抗压降,所以二次绕组的空载电压一般应较满载时的电压高5%~10%。

变压器的结构和工作原理

图4三相变压器

要变换三相电压可采用三相变压器(图4)。图中,各相高压绕组的始端和末端分别用变压器的结构和工作原理变压器的结构和工作原理变压器的结构和工作原理变压器的结构和工作原理变压器的结构和工作原理变压器的结构和工作原理表示,低压绕组则用变压器的结构和工作原理变压器的结构和工作原理变压器的结构和工作原理变压器的结构和工作原理变压器的结构和工作原理变压器的结构和工作原理,表示。

图5所举的是三相变压器连接的两例,并示出了电压的变换关系。

Y/Y0联结的三相变压器是供动力负载和照明负载共用的,低压一般是400V,高压不超过35kV,Y/Δ联结的变压器,低压一般是10kV,高压不超过60kV。

高压侧连接成Y形,相电压只有线电压的变压器的结构和工作原理,可以降低每相绕组的绝缘要求;低压侧连接成Δ形,相电流只有线电流的1/变压器的结构和工作原理,可以减小每相绕组的导线截面。

SL7-500/10是三相变压器型号的一例,其中S——三相,L——铝线,7——设计序号,500——500kV·A,10——高压侧电压10kV。

变压器的结构和工作原理

图5 三相变压器的连接法举例

(2) 电流变换

变压器的结构和工作原理可见,当电源电压U1和频率f不变时,E1和变压器的结构和工作原理也都近于常数。就是说,铁心中主磁通的最大值在变压器空载或有负载时是差不多恒定的。因此,有负载时产生主磁通的一次、二次绕组的合成磁通势(变压器的结构和工作原理)应该和空载时产生主磁通的一次绕组的磁通势变压器的结构和工作原理差不多相等,即

变压器的结构和工作原理

如用向量表示,则为

变压器的结构和工作原理   (4)

变压器的空载电流变压器的结构和工作原理是励磁用的。由于铁心的磁导率高,空载电流是很小的。它的有效值变压器的结构和工作原理在一次绕组额定电流变压器的结构和工作原理的10%以内。因此变压器的结构和工作原理变压器的结构和工作原理相比,常可以忽略。于是式(4)可写成

变压器的结构和工作原理   (5)

由上式可知,一次、二次绕组的电流关系为

变压器的结构和工作原理   (6)

上式表明变压器一次、二次绕组的电流之比近似等于它们的匝数比的倒数。可见,变压器中的电流虽然由负载的大小确定,但是一次、二次绕组中的电流的比值是差不多不变的;因为当负载增大时,变压器的结构和工作原理变压器的结构和工作原理随着增大,而变压器的结构和工作原理也必须相应增大,以抵偿二次绕组的电流和磁通势对主磁通的影响,从而维持主磁通的最大值近于不变。

变压器的额定电流变压器的结构和工作原理变压器的结构和工作原理是指按规定工作方式(长时连续工作或短时工作或间歇工作)运行时一次、二次绕组允许通过的最大电流,它们是根据绝缘材料允许的温度确定的。

二次绕组额定电压与额定电流的乘积称为变压器的额定容量,即

变压器的结构和工作原理(单相)

它是视在功率(单位是V·A),与输出功率(单位是W)不同。

(3) 阻抗变换

变压器除了能起比变换电压和变换电流的作用外,它还有变换负载阻抗的作用,以实现“匹配”。

在图5(a)中负载阻抗模|Z|接在变压器二次侧,而图中的点画线框部分可以用一个阻抗模变压器的结构和工作原理来等效代替。所谓等效,就是输入电路的电压、电流和功率不变。就是说,直接接在电源上的阻抗模变压器的结构和工作原理和接在变压器二次侧的负载阻抗模|Z|是等效的。两者的关系可通过下面计算得出。

根据式(3)和式(6)可得出

变压器的结构和工作原理

由图5可知

变压器的结构和工作原理变压器的结构和工作原理

代入得

变压器的结构和工作原理   (7)

匝数比不同,负载阻抗模|Z|折算到(反映到)一次侧的等效阻抗模变压器的结构和工作原理也不同。我们可以采用不同的匝数比,把负载阻抗模变换为所需要的、比较合适的数值。这种做法通常称为阻抗匹配。

变压器的结构和工作原理 变压器的结构和工作原理
(a) (b)

图5 负载阻抗的等效变换

在图5中,交流信号源的电动势为E,内阻为R0,负载电阻为RL。当RL折算到一次侧的等效电阻变压器的结构和工作原理时,变压器的匝数比应为

变压器的结构和工作原理

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